На пути к шапке-невидимке

Невидимость уже видится

Ученые заявили об открытии метаматериалов, пригодных для создания невидимости

11 августа 2008 года сразу две группы американских ученых объявили о создании новых материалов с отрицательным показателем преломления. Подобные материалы существовали и ранее, однако они работали только для электромагнитных волн, распространяющихся в определенной плоскости, и узкого диапазона частот. В перспективе подобные материалы могут применяться для создания маскирующих экранов, которые будут делать объекты в определенной зоне невидимыми для стороннего наблюдателя.

Metamaterial.jpg

Обе группы ученых работали под руководством Сян Джан (Xiang Zhang) из Калифорнийского университета в Беркли, США, при финансовой поддержке военных.

  • Отрицательный показатель преломления означает, что свет в материале распространяется особым образом: направление фазовой скорости электромагнитной волны оказывается противоположным направлению ее распространения. Впервые понятие материала с отрицательным показателем преломления появилось в работе советского физика, ныне профессора МФТИ, Виктора Веселаго в 1967 году. Однако тогда эти выкладки посчитали не более чем гипотетическими умозаключениями. Да и сам автор не смог предъявить научной общественности конкретный материал с такими свойствами. Стоит заметить, что это не вина исследователя: в природе до сих пор не обнаружено веществ с отрицательным коэффициентом преломления. Таким образом, результаты Веселаго оказались забыты на сорок лет.

В 90-х годах прошлого века с расцветом нанотехнологий расцвела и теория метаматериалов – материалов, свойства которых определяются особенностями конструкции, а не химическим составом. В 2000 году Дэвид Смит из Калифорнийского университета в Сан-Диего показал, что, если материал с определенными свойствами нельзя найти, то его можно создать.

  • Простейшим примером метаматериала служит металлическая сетка. Свойство пропускать свет не зависит от металла, из которого она изготовлена. С этого и начал Дэвид Смит. Он взял листы медной сетки и расположил их в несколько слоев. Он даже не использовал нанотехнологии – размер ячеек был чуть больше 2,5 миллиметра. Выбрав ячейки должным образом, Смит добился того, что этот медный «пирог» стал для электромагнитных волн с частотой 10 гигагерц материалом с отрицательным коэффициентом преломления.

В этом же году случилось другое важное событие: британский физик Джон Педри теоретически показал, что из материалов с отрицательным коэффициентом преломления (которых, напомним, на момент написания работы открыто еще не было) можно создать суперлинзу. Оптические устройства с положительным показателем преломления ограничены дифракционным пределом — они могут показывать детали, размер которых равен или больше длины волны света, отраженного от объекта.

Xiang_Zhang.jpg

Профессор Xiang Zhang из Калифорнийского университета в Беркли

  • Дифракция накладывает теоретический предел на системы создания изображения. К несчастью, самая короткая длина волны видимого света составляет около 380 нанометров. Это означает, что в обычный оптический микроскоп нельзя рассмотреть атомы (0,1 нанометра), молекулы (0,5 нанометра), вирусы (20–300 нанометров). Чтобы обойти этот предел, ученым пришлось создать электронную микроскопию, дифракционную рентгеноскопию и другие сложные и дорогие технологии.

Джону Пендри удалось показать, что линза, сделанная из метаматериала с отрицательным коэффициентом преломления, не обладает дифракционным пределом. Это означает, что теоретически представляется возможным создавать оптические микроскопы с недоступным ранее разрешением. На практике эти результаты были подтверждены спустя семь лет, в 2007 году, несколькими независимыми группами исследователей по всему миру. Но оказалось, что и это ещё не все.

  • В 2006 году уже сэр Джон Пендри представил на суд общественности теоретические основы невидимости. В его работе утверждалось, что если объект поместить внутрь специально сконструированной суперлинзы, то для стороннего наблюдателя этот объект станет невидимым. Световые волны, подчиняясь внутренней структуре материала, будут огибать его со всех сторон; правда, в работе отмечалось, что материалов с подобными свойствами в настоящее время не существует. Несмотря на это, Агентство передовых исследований при Министерстве обороны США (DARPA) выделило на научную работу солидный грант. С тех пор группа Пендри сообщила о нескольких существенных результатах: к концу 2009 года они пообещали создать материал, делающий объект невидимым в диапазоне радиочастот, а к 2011 году сделать невидимым танк.

Последнее из ключевых событий случилось в июне 2008 года. Математик Грейм Милтон (Graeme Milton) из Университета Юты обнаружил у некоторых суперлинз маскирующую зону. Оказалось, что объект не надо помещать внутрь линзы, достаточно поставить его рядом. Лучи света, отраженные от объекта, будут скрываться лучами света преломленными линзой. Отраженный свет не будет достигать наблюдателя, и объект будет для него невидим. В этом смысле невидимость Милтона напоминает шапку-невидимку: достаточно одеть ее, и становишься весь невидимым, в то время как невидимость Пендри – это плащ, в который необходимо укутываться. В доказательство работоспособности своей теории американские математики представили компьютерную программу для случая плоских (двумерных) магнитных волн. Как это будет выглядеть в пространстве (трехмерном), ученые не ответили.

  • К августу 2008 года уже набралась достаточно большая коллекция метаматериалов с отрицательным показателем преломления. И вот, наконец, 11 августа на суд научного сообщества были представлены сразу два материала, которые по утверждениям создателей обладают отрицательным показателем преломления для широкого диапазона электромагнитного излучения. В частности, в этот диапазон попадают частоты видимого света.
Metamaterial1.jpg

Вообще говоря, это не первый материал с подобными свойствами. В 2007 году исследователи из Принстона представили многослойную конструкцию из серебра и полупроводников, которая также обладала похожими свойствами. Однако она поглощал большую часть излучения, что делало невозможным его применение в оптике.

  • Как утверждают создатели, новые материалы лишены подобных недостатков. Схема первого напоминает принстонский аналог. Сами ученые называют ее «рыболовной сетью». Материал представляет собой несколько чередующихся слоев серебра и фторида магния, в которых проделаны отверстия нанометрового размера. Из полученного материала ученые изготовили призму, для демонстрации оптических эффектов. Их работа будет опубликована в Nature.
  • Вторая группа исследователей использовала пористый оксид алюминия. Внутри полостей при помощи специального процесса ученые вырастили серебряные наноштыри, расположенные очень близко (на расстоянии меньшем длины световой волны) друг к другу. Работа этой группы будет опубликована в журнале Science.

Сами ученые достаточно скептически смотрят не перспективы применения этих материалов для создания плащей-невидимок. Так в телефонном интервью Reuters, один из создателей материала Джейсон Валентин (Jason Valentine) заявил, что людям пока не стоит волноваться по поводу возможного появления плащей-невидимок. Хотя он и отметил, что потенциально новый материал может быть использован для создания невидимости по методу, предложенному Джоном Пендри.

Андрей Коняев

http://lenta.ru/…08/11/cloak/

Shalaev_Vlad.jpg

Профессор В. М. Шалаев

http://cobweb.ecn.purdue.edu/…ndex-ru.html

…Отметим, что недавно российский профессор Владимир Шалаев, который работает в США в университете Purdue University, объявил, что группа под его руководством создала технологию, которая теоретически позволяет делать предметы невидимыми, и тоже благодаря нанотехнологиям.

http://www.izvestia.ru/news/news185435

Ещё один способ сделать предметы невидимыми

Российский профессор Владимир Шалаев, который работает в США в университете Purdue University, объявил, что группа под его руководством создала технологию, которая теоретически позволяет делать предметы невидимыми. Как сообщил сам Шалаев NEWSru.com, опубликованная им научная работа приближает возможность делать невидимыми предметы благодаря использованию нанотехнологий, но до применения прибора на практике пока ещё далеко.

Шалаев следующим образом объясняет суть технологии:

«Представьте полый цилиндр с дыркой внутри и наноскопическими иголками определенного размера, вставленными в стенки цилиндра. Если в этот цилиндр спрятать какой-то объект, то этот объект и сам цилиндр будут невидимы. Взаимодействие цилиндра со светом будет происходить таким образом, что свет не будет рассеиваться, не будет отражаться, не будет проникать внутрь цилиндра, а будет рассеиваться вокруг него — наподобие того, как речная вода огибает опору моста».

  • В общих чертах эта идея была сформулирована в 2006 году и содержалась в двух статьях, опубликованных британскими и американскими учеными в журнале Science. Группа Шалаева впервые предложила конкретный дизайн, позволяющий использовать эту технологию для световых волн, которые улавливаются человеческим глазом.

Шалаев утверждает, что его идею теоретически возможно реализовать на практике. Однако работа по созданию прототипа прибора может занять долгое время:

«Видимый световой диапазон можно представить, как „смесь“ разных цветов. То устройство, которое предлагаем мы, пока можно сделать только для одного цвета — например, только для зеленого или только для красного. Но мы пока не знаем как сделать, чтобы объект был невидимым для всех цветов одновременно».

nano-invisible.jpg

Несколько лет назад была предложена ещё одна технология обретения невидимости, которая получила название «оптический камуфляж». Её суть заключается в следующем: человек надевает особый костюм, видеокамера снимает объекты за его спиной и проецирует изображение на экран, который находится на груди человека.

Таким образом, наблюдатель видит не человека, одетого в «плащ-невидимку», а лишь изображение местности за его спиной. Шалаев говорит, что это хорошее изобретение, но лишь «иллюзия» невидимости, в отличие от изобретения его группы.

Washington ProFile отмечает, что Владимир Шалаев родился и вырос в Красноярске, он закончил физический факультет Красноярского Государственного Университета. С 1990 года работает в университетах Германии, Канады и США. Гражданин России и США.

http://marsiada.ru/…nology/1662/

Invisibility cloak now within sight: scientists

http://www.physorg.com/…7649366.html

Плащ-невидимка, шапка-невидимка… Ранее все эти объекты обычно фигурировали в сказках и произведениях фантастов. Теперь вот оказывается, что учёные вплотную приблизились к созданию подобных материалов. Ещё немного, ещё чуть-чуть, и сказка станет былью. Ну надо же, каких только чудес нет на свете!..



nikst аватар

В Японии разработан гибкий материал, позволяющий в перспективе создавать эластичные электронные устройства

Японские исследователи создали очень гибкий и сильно растягивающийся материал, который очень хорошо проводит электричество, что позволит создавать эластичные электронные устройства, не боящиеся деформации. Как передает РИА «Новости», сообщение об этом опубликовано в журнале Science.

Автор статьи Цуиоси Секитани (Tsuyoshi Sekitani) из Токийского университета и его коллеги разработали на базе углеродных нанотрубок эластичный композитный материал и поместили в него органические транзисторы. Материал показал прекрасные механические и электрические свойства, низкое сопротивление и способность сильно растягиваться.

  • Ученые считают, что новый материал позволит размещать электронные устройства где угодно, в том числе на криволинейных поверхностях и на движущихся частях — например, на манипуляторах. Использование гибких электронных приборов, по мнению разработчиков, значительно расширит область применения электроники.

Напомним, накануне в СМИ появилось не менее интересное сообщение о том, что американские исследователи приблизились к разработке материалов, которые смогут сделать человека невидимым. Так, учёным из калифорнийского университета Беркли под руководством Сян Чжана удалось смоделировать покрывало для небольших объектов, которое не отражает свет, а заставляет его огибать эти объекты, делая их невидимыми.

  • Ткань покрывала являются так называемым метаматериалом, то есть специально созданной структурой, обладающей свойствами, не встречающимися в живой природе. По словам автором исследования, ее можно будет создать с помощью нанотехнологий.

Чтобы представить, как работает новая материя, ученые приводят пример ручья, который огибает камень.

  • Однако, по словам исследователей, способность перенаправлять свет работает лишь при ограниченной длине волны, поэтому новые материалы не могут сделать невидимым по настоящему крупные объекты, к примеру, здания.

http://www.strf.ru/science.aspx?…

nikst аватар

Вот очень интересная статья – для любителей физики и поиска ответов на «сложные вопросы»:

Метаматериалы и оптические свойства наноструктур

http://www.nanometer.ru/…h_53362.html